CN102865882A - 一种光纤陀螺启动时间的判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤陀螺启动时间的判定方法，本发明将光纤陀螺安装于固定基座上，使其保持静止状态，采集光纤陀螺从启动到稳定工作一段时间的光纤陀螺输出数据,经过数据处理过程，能准确地判定光纤陀螺的启动时间。本发明操作简单，易于实现，提出了光纤陀螺启动时间的新的评判标准，填补了现有评测技术的空白。

Description

一种光纤陀螺启动时间的判定方法

技术领域

本发明涉及惯性导航及其相关领域，尤其涉及一种光纤陀螺启动时间的判定方法。 

背景技术

随着光纤陀螺工程化技术的发展，光纤陀螺的应用必将越来越广泛，其生产规模也将逐年扩大，对光纤陀螺评测手段的需求也会日益增长。但同其他任何工程化研究一样，测评技术是重要的，也是最容易被忽视的环节。测评技术的重要意义在于其对产品研制及应用的指导性，一方面，评测系统就是最简单的应用系统，另一方面，评价标准是产品研发的目标。因此在光纤陀螺工程化的研究体系中，对光纤陀螺评测技术的研究显得尤为重要。目前光纤陀螺的评测技术还存在较多不足，远未达到工程化的需求。其主要原因在于未能用光纤陀螺工程化的思想对评测技术进行工程化研究。这使得在实际的科研生产中，评测技术成为滞后环节，不利于光纤陀螺技术的发展。 

而在现行的光纤陀螺测评技术的评价体系中，对光纤陀螺启动时间的定义和评判标准都已经不再适用于现有的光纤陀螺测评体系，现行的对于启动时间的测评方法已经严重与实际应用相脱离，在《光纤陀螺仪测试方法（GJB 2426A-2004）》中，对于启动时间被定义为光纤陀螺在规定的工作条件下，从加电开始至达到规定性能所需要的时间。但是对于现在的高精度光纤陀螺来说，光纤陀螺上电的后到达规定性能所需要的时间几乎为零，从而导致此启动时间的定义已经失去了意义，因此现在亟需一种可操作、明确、可靠的新标准和方法来对光纤陀螺的启动时间进行评判，以取代国军标中现已过时的启动时间评测方法。这种新的评判标准的建立，对于完善光纤陀螺工程化测评体系也具有重要作用。 

为了解决光纤陀螺启动时间的评价体系和实际应用严重脱节的问题，本发明提出一种新的启动时间的定义和评判方法。所谓光纤陀螺的启动时间即是：光纤陀螺在上电过程中由于温度变化、陀螺的光学特性以及内部电路元件的串扰等因素导致的陀螺输出数据具有较大漂移的启动过程所经历的时间。图1是典型的光纤陀螺静态输出数据，从中可以看出明显的启动过程。以下对于此启动时间提出了明确具体的评判步骤和方法。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种光纤陀螺启动时间的判定方法。 

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种光纤陀螺启动时间的判定方法，包括以下步骤： 

（1）将光纤陀螺通过工装安装在固定基座上，并使得光纤陀螺保持静止状态；采集n秒(n≥5000s,n为正整数)的陀螺输出数据，记为F_i(i=1-n,n为正整数)； 

（2）将得到的陀螺输出数据F_i(i=1-n,n为正整数)除以陀螺的标度因数c，得到陀螺输出的角速度Ω_i(i=1-n,n为正整数),即： 

Ω_i=F_i/c； 

（3）对第2步采集到的陀螺输出的角速度Ω_i(i=1-n,n为正整数)，取初始分段时间τ=τ₀=90s并对其求“分段均值差”，得到一组SMD(q,τ₀)的值； 

（4）对于得到的一组SMD(q,τ₀)值，求其K(τ₀)值： 

K(τ₀)=SMD(1,τ₀)/max(SMD(2,τ₀)～SMD(num-1,τ₀))； 

其中，max为求一段数组序列中的最大值函数； 

（5）求K(τ_i)的值： 

K(τ_i)=SMD(1,τ_i)/max(SMD(2,τ_i)～SMD(num-1,τ_i))； 

式中，τ_i=τ₀+R*(i-1),直到num的数值小于4，得到一组随τ_i变化的K(τ_i)值；其中R为启动时间的分辨率，可以自由更改，默认R＝10s； 

（6）找出这组K值中最大的值K_max，以及其对应的分段时间τ_t，即： 

K_max=max(K(τ_i))=K(τ_t)； 

（7）若K_max<2，则认为采集到的这段数据没有明显的启动过程，启动时间： 

T_turn-on=0； 

（8）若K_max≥2，则令T₀=τ_t； 

（9）剔除时间段位于0～T₀的数据Ω_i(i=0～T₀,T₀为正整数)，得到一组新数据Ω_i(i=T₀+1～n)； 

（10）继续重复上述5～6步的方法； 

若K_max<2，T_turn-on=T₀； 

若K_max≥2，T₀=T₀+τ_t,重复第9步，直到使得得到的K_max满足条件：K_max<2，此时得到光纤陀螺启动时间： 

T_turn-on=T₀。 

本发明的有益效果是： 

1、步骤清晰明确，简单易行，对测试条件要求不高； 

2、重新定义了光纤陀螺启动时间，弥补了原有光纤陀螺测评方法中的缺陷； 

3、首次提出了可行的光纤陀螺启动时间判定方法，填补了测试技术的空白。 

附图说明

图1为典型光纤陀螺静态输出数据图； 

图2为本发明的方法计算图1所示静态输出数据的启动时间的示意图。 

具体实施方式

对于光纤陀螺静态测试，在上电过程中由于外部温度变化以及陀螺内部光学特性和电路元件的串扰等因素的存在，从而导致实测数据明显偏离真实数据的一段时间过程，称为启动过程，它对应的时间长度，称之为启动时间。这段启动时间是对陀螺输出数据的不真实反应，在静态测试中这段启动过程的存在会影响最终的测试效果，为了较为准确的找出这段启动时间的长度，以避免这段启动时间过程对整个测试过程造成的影响，光纤陀螺启动时间的判定方法的制定是必要的。 

要对光纤陀螺的启动时间进行判定，首先，得到光纤陀螺在静止状态下的输出数据。光纤陀螺的输入轴默认为指向天向，但并不要求需要很准确的与水平面相垂直，甚至指向任意方向都可以，只是要求光纤陀螺在测试过程中保持静止状态，原因在于，在静态测试中光纤陀螺的输入是一个确定的值，即是地球自转速度Ω_e在陀螺输入轴的分量，需要得到的即是在这个确定的输入情况下找出与之偏离的时间过程，即是启动时间，其具体的输入大小对整个启动时间的判定没有影响。 

在得到陀螺的静态输入数据后，需要对其进行一系列的数据处理过程，其中引入了一个新的变量“分段均值差”SMD(segment mean difference)，其具体定义如下： 

对于任意一组输入数据Ω_i(i=1-n,n为正整数)，总采集时间为n秒(n为正整数)，设置分段时间为τ秒(τ为正整数)时，求其分段均值M(p,τ)： 

$M(p,\mathrm{\&tau;})=\frac{1}{\mathrm{\&tau;}}\&CenterDot;\underset{i=(p-1)*\mathrm{\&tau;}+1}{\overset{p*\mathrm{\&tau;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&Omega;}}_i,(p=1~\mathrm{num});$

式中，num=int(n/τ)，int为取整函数。 

然后对分段均值作差，即得到“分段均值差”SMD(q,τ)： 

SMD(q,τ)=|M(q+1,τ)-M(q,τ)|，(q=1～num-1)。 

这个变量的引入用于评判数据的偏离真实值的波动程度，与方差的作用相似，当分段时间足够大的时，就可以把比较明显的数据漂移显示出来。 

进一步地，对同一组测试数据，设置不同的分段时间τ_i，来求解得到一组对应的“分段均值差”值，然后再引入一个变量K(τ_i)，其最大值K_max用于表征启动过程相对于稳定过程的差异程度，差异程度越大，K_max越大，启动过程越明显，反之启动过程越不明显。于是规定，当K_max<2时，输入数据Ω_i(i=1-n,n为正整数)没有明显的启动过程，启动时间T_turn-on=0；当K_max≥2时，输入数据Ω_i(i=1-n,n为正整数)则被认为具有明显的启动过程。 

下面根据上述评测原理详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。 

本发明光纤陀螺启动时间的判定方法，具体实施步骤如下所示： 

1、将光纤陀螺通过工装安装在固定基座上，并使得光纤陀螺保持静止状态。采集n秒(n≥5000s,n为正整数)的陀螺输出数据，记为F_i(i=1-n,n为正整数)。 

2、将得到的陀螺输出数据F_i(i=1-n,n为正整数)除以陀螺的标度因数c，得到陀螺输出的角速度Ω_i(i=1-n,n为正整数),即： 

Ω_i=F_i/c； 

3、对第2步采集到的陀螺输出的角速度Ω_i(i=1-n,n为正整数)，取初始分段时间τ＝τ₀＝90s并对其求“分段均值差”，得到一组SMD(q,τ₀)的值。 

即对于输入数据Ω_i(i=1-n,n为正整数)，总采集时间为n秒，设置分段时间为τ₀秒，求其分段均值M(p,τ₀)： 

$M(p,{\mathrm{\&tau;}}_0)=\frac{1}{{\mathrm{\&tau;}}_0}\&CenterDot;\underset{i=(p-1)*{\mathrm{\&tau;}}_0+1}{\overset{p*{\mathrm{\&tau;}}_0}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&Omega;}}_i,(p=1~\mathrm{num});$

式中，num=int(n/τ)，τ₀=90s，int为取整函数。 

然后对分段均值作差，即得到“分段均值差”SMD(q,τ₀)，如下： 

SMD(q,τ₀)=|M(q+1,τ₀)-M(q,τ₀)|，(q=1～num-1)。 

4、对于得到的一组SMD(q,τ₀)值，求其K(τ₀)值。 

K(τ₀)=SMD(1,τ₀)/max(SMD(2,τ₀)～SMD(num-1,τ₀))； 

其中，max为求一段数组序列中的最大值函数。 

5、求K(τ_i)的值： 

K(τ_i)=SMD(1,τ_i)/max(SMD(2,τ_i)～SMD(num-1,τ_i))； 

式中，τ_i=τ₀+R*(i-1),直到num的数值小于4，得到一组随τ_i变化的K(τ_i)值。其中R为启动时间的分辨率，可以自由更改，默认R＝10s。 

6、找出这组K值中最大的值K_max，以及其对应的分段时间τ_t，即： 

K_max=max(K(τ_i))=K(τ_t)； 

7、若K_max<2，则认为采集到的这段数据没有明显的启动过程，启动时间： 

T_turn-on=0； 

8、若K_max≥2，则令T₀=τ_t； 

9、剔除时间段位于0～T₀的数据Ω_i(i＝0～T₀,T₀为正整数)，得到一组新数据Ω_i(i=T₀+1～n)。 

10、继续重复上述5～6步的方法。 

若K_max<2，T_turn-on=T₀

若K_max≥2，T₀=T₀+τ_t,重复第9步，直到使得得到的K_max满足条件： 

K_max<2，此时得到光纤陀螺启动时间： 

T_turn-on=T₀。 

如图2所示，依据本发明的方法计算图1所示静态输出数据的启动时间，虚线所对应的时间即为通过本方法得到的光纤陀螺静态数据启动时间，虚线部分左侧即为有明显漂移的启动过程，且对于此采集到的数据K_max为22.7578，且其启动时间为560s。 

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。 

Claims (2)

1.一种光纤陀螺启动时间的判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将光纤陀螺通过工装安装在固定基座上，并使得光纤陀螺保持静止状态；采集n秒(n≥5000s,n为正整数)的陀螺输出数据，记为F_i(i=1-n,n为正整数)；

（2）将得到的陀螺输出数据F_i(i=1-n,n为正整数)除以陀螺的标度因数c，得到陀螺输出的角速度Ω_i(i=1-n,n为正整数),即：

Ω_i=F_i/c；

（3）对第2步采集到的陀螺输出的角速度Ω_i(i=1-n,n为正整数)，取初始分段时间τ=τ₀=90s并对其求“分段均值差”，得到一组SMD(q,τ₀)的值；

（4）对于得到的一组SMD(q,τ₀)值，求其K(τ₀)值：

K(τ₀)=SMD(1,τ₀)/max(SMD(2,τ₀)～SMD(num-1,τ₀))；

其中，max为求一段数组序列中的最大值函数；

（5）求K(τ_i)的值：

K(τ_i)=SMD(1,τ_i)/max(SMD(2,τ_i)～SMD(num-1,τ_i))；

式中，τ_i=τ₀+R*(i-1),直到num的数值小于4，得到一组随τ_i变化的K(τ_i)值；其中为R启动时间的分辨率，可以自由更改，默认R＝10s；

（6）找出这组K值中最大的值K_max，以及其对应的分段时间τ_t，即：

K_max=max(K(τ_i))=K(τ_t)；

（7）若K_max<2，则认为采集到的这段数据没有明显的启动过程，启动时间：

T_turn-on=0；

（8）若K_max≥2，则令T₀=τ_t；

（9）剔除时间段位于0～T₀的数据Ω_i(i=0～T₀,T₀为正整数)，得到一组新数据Ω_i(i=T₀+1～n)；

（10）继续重复上述5～6步的方法；

若K_max<2，T_turn-on=T₀；

若K_max≥2，T₀=T₀+τ_t,重复第9步，直到使得得到的K_max满足条件：

K_max<2，此时得到光纤陀螺启动时间：

T_turn-on=T₀。

2.根据权利要求1所述光纤陀螺启动时间的判定方法，其特征在于，所述步骤3具体为：对于输入数据Ω_i(i=1-n,n为正整数)，总采集时间为n秒，设置分段时间为τ₀秒，求其分段均值M(p,τ₀)： 

式中，num=int(n/τ)，τ₀=90s，int为取整函数；

然后对分段均值作差，即得到“分段均值差”SMD(q,τ₀)，如下：

SMD(q,τ₀)=|M(q+1,τ₀)-M(q,τ₀)|，(q=1～num-1)。 

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